环境流体力学研究进展

本文对环境流体力学概念进行了介绍,总结了环境流体力学在水体、大气等不同条件下及工业生产中的运用情况,展望了今后环境流体力学的发展方向。     

海洋大气湍流对海军光电装备性能的影响

依据观测数据给出沿海地区低层大气湍流的季节及日变化特征,以误码率、角跟踪精度以及调制传递函数和分辨率等作为衡量包括光通信设备、光电探测设备以及光电跟踪系统在海洋大气湍流环境下的性能指标,在局地均匀、各向同性Kolmogolov湍流谱以及Rytov近似假设的条件下进行了分析.结果表明:以误码率指标衡量,光通信系统的有效作用距离大大缩短;在中等湍流强度下,光电成像探测设备的湍流受限MTF及分辨率与系统的衍射受限MTF及分辨率相比存在着显著的差异,海洋大气湍流对短波、中波红外成像设备的影响已经大于衍射受限的影响,而对于长波的影响并不显著;在中等湍流强度下,相位起伏引起的角跟踪误差将从几微弧度上升到二十几微弧度.     

受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布

为了研究受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布,采用扩展惠更斯-菲涅耳原理方法进行了理论分析,得到了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯光束在大气湍流中传输时轴上光强的表达式。并运用MAPLE模拟,取得了不同湍流强度、波长和发射圆孔孔径下轴上光强的分布理论数据。结果表明,拉盖尔-高斯光束在不同阶数、湍流强度、波长和发射圆孔孔径下,真空和湍流较弱时,轴上光强在近场发生明显振荡,达到最大值后,强度明显开始降低,湍流较强时,传输很近距离强度就迅速衰减,并与其在真空中的传输特性进行了比较。这一结果对研究拉盖尔一高斯光束是有帮助的。     

喇曼方法测量激光雷达常数研究

为了标定激光雷达常数,在大气水平分布均匀的天气下,利用激光雷达喇曼散射回波不受大气气溶胶后向散射影响的特点,对其水平方向距离订正回波进行线性拟合,结合N2分子喇曼后向散射截面和分子数密度就可以得到激光雷达常数;同时对这种方法进行了数值模拟,相对误差为4.688%,理论推导和数值模拟均证明该方法是可行的。结果表明,激光雷达常数的获取为激光系统的评估以及激光雷达方程的参量反演将带来便利。     

地物环境对地面大气电场测量的影响

地物环境对地面大气电场测量结果的影响较大,这在地面大气电场仪联网中将会影响以致失去各观测点数据间的可比性。针对这一问题将地面上凸出的建筑物、树木等简化为形状规则的立方体、柱体和球体三种基本单元,分别对这三种基本单元周围的大气电场进行了计算和讨论,并采用电磁场仿真软件Ansoft Maxwell进行了仿真分析,得出了地面凸出物的形状、距离、高度对大气电场影响的解析关系式以及不同条件下的环境修正系数。     

面向激光通信的大气随机信道分析与研究

大气激光通信系统以其容量大、体积小、保密性高等特点,正适合替代微波作为信息传输瓶颈问题的最佳解决方案,具有重大的意义和良好的应用前景.研究了大气随机信道的特性,特别是大气随机信道对激光传输的影响.大气随机信道的研究是激光通信系统的一个十分重要的研究部分,对激光通信系统的设计和实现具有较大的参考价值.根据大气湍流的特点,建立了大气湍流信道的模型,依据湍流信道模型进行了激光在湍流信道中水平传输远场光斑的计算机模拟仿真,分别就不同的湍流、不同的传输距离进行了光斑的实时显示,并和实际测量光斑进行了比对.分析了激光通过大气随机信道时光斑变化的因素,利用软件对光斑进行了模拟,并将模拟光斑与实际测量光斑进行了比较.用此系统可以方便、准确、形象地显示激光光斑的闪烁、分裂等现象,便于我们研究大气对无线光通信的影响,为进一步优化激光通信系统性能,最终实现全天候的大气激光通信做了有意义的探索.     

黄土地区某深基坑工程降水试验研究

以地处湿陷性黄土地区的某深基坑工程降水设计为背景,基于降水试验,采用"试算法"得出了合适的降水设计参数,在此基础上,运用"大井法"进行基坑降水设计,初步拟定了该工程降水方案;利用非饱和土非稳定渗流理论,对拟建场区降水效果进行了数值模拟与分析,得到了基坑内外渗流场在降水过程中的变化规律,为降水方案的优化设计提供科学依据.     

悬挂式帷幕条件下基坑渗流特性的计算分析

采用FLAC3D软件,结合工程实例分析了悬挂帷幕条件下深基坑降水时基坑外地下水压力的变化特征;通过对不同帷幕插入深度时坑外地下水压力变化的对比分析,表明悬挂式帷幕可以减少坑外地下水压力下降,但地下水位仍有较大幅度降低,降水对周边环境影响不可忽略。     

基于傅立叶变换红外光谱仪的水平大气透过率测量研究

利用红外辐射源发出稳定的宽带辐射信号,ABB Bomem MR170 FTIR光谱仪作为接收探测系统,组建了一套近地面野外大气红外大气透过率测量系统.通过FTIR得到的透过率与MOTRAN的计算结果进行对比,发现二者虽然具有较好的相关度,但是在透过率较高的波段(2500～3000 cm-1,4400～4800cm->)数据仍会有较大差别.结合水汽的变化情况,分析了2400 cm-1的透过率随时间变化情况,说明在局地环境下水汽参数变化会对模型计算的大气透过率带来影响.     

基于误差分析的雷达估测降水集成方法

以淮河流域为对象,在假设Z-I关系法、平均校准法、最优插值法、卡尔曼滤波和最优插值联合校准法以及卡尔曼滤波校准法等五种降水定量估测模式对于不同的降水类型而言能力有所差异的基础上,通过对前期降水定量估测结果误差变化的分析,以统计方差为判别标准来选取最佳的估算方法,进行多种估测结果的集成.对2007年7月上旬降水过程的应用结果分析表明:在降水强度较小的情况下,该方法是一种有效的集成方法,能够提高降水定量估测的能力;但是在降水强度较大的情况下,集成效果不佳.